毕业设计（论文）基于单片机的多路温度采集系统设计.doc

ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 毕 业 论 文 基于单片机的多路温度采集系统设计 Based on Single Chip Multi-channel Temperature Acquisition System Design 系（院）名称： 电子信息与电气工程系 专业班级： 04级自动化3班 学生姓名： 指导教师姓名： 指导教师职称： 讲师 2008 年 05月 基于单片机的多路温度采集系统设计专业班级: 04级自动化3班 学生姓名: 指导教师: 职称: 讲师摘要：单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。单片机是一种集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统等部分于一体的器件，只需要外加电源和晶振就可实现对数字信息的处理和控制。单片机由于其微小的体积和极低的成本，广泛的应用于家用电器、工业控制等领域中。温度控制系统是利用下位机设置温度上下限和实时温度的采集，并将结果传输到上位机。以达到对温度的比较、控制。本设计用MCS-51单片机为主要硬件，设计了包括温度采集，温度显示，系统控制，串口通信等外围电路。而且对所设计电路给出了相应的软件设计，包括定时器初始化，串行口初始化和数据传输等程序。在温度测量部分采用具有“一线总线”接口的数字传感器DS18B20，实现单线多点数据的采集。多点温度检测与控制系统是典型的集散式控制系统。由下位机、上位机、和通讯网络三部分组成。下位机是基于单片机AT89C52和DS18B20的高精度温度采集系统，功能是对温度的检测与输出控制。上、下位机之间通过RS-232总线构成网络系统。关键词：MCS-51；DS18B20；温度采集；RS-232Based on Single Chip Multi-channel Temperature Acquisition System DesignAbstract：The development and application of MCU (Micro Control Unit) have made a great change in many fields of modern industrial detect and control. Adopt Single-Chip Microcomputer is it control convenient, simple, flexibility advantage such as being heavy to have not merely to control to go on to temperature to come, and can raise by technical indicator not to accuse of temperature by a large margin, thus can big improvement quality and the quantity of products. Because of the small scale, low price and high efficiency of MCU, it is widely used in home appliances and industrial control.The temperature control system is uses in the lower position machine establishment temperature the lower limit, with real-time temperature gathering, transmits to on position machine. By achieves to the temperature comparison, the control，This design uses MCS-51 The monolithic integrated circuit is the main hardware, In order to realize design goal this design including temperature gathering, the temperature demonstrated that, the systems control, strung together periphery electric circuit and so on mouth correspondence. Moreover to design the electric circuit to produce the corresponding software design, including timer initialization, serial procedure and so on mouth initialization and data transmission. The 1-Wire bus digital thermometer DS18B20 is used to measure temperature. It can realize the 1-Wire multi-point collection. Several points of temperature examination and control system is typically concentrate-disperse system. It consists of up a machine, bottom a machine, and communication network. Bottom a machine is a high accuracy data collection system that bases on the microcontroller AT89C52 and the DS18B20 system. Its function is to temperature and output the control. The up machine and bottom machines constitute of network system, via RS-232 bus. Key words: MCS-51；Temperature gathering；DS18B20；RS-232目录摘要ABSTRACT引言1第一章 多路温度采集显示系统的设计要求与设计方案21.1系统设计任务和要求21.2 课题分析21.3 方案比较与方案论证31.4 方案论证和选定5第二章 多路温度采集系统硬件的设计72.1 总体分析72.2 AT89C52单片机的性能及应用72.3 DS18B20芯片简介102.4 DS18B20与单片机的典型接口设计142.5 DS18B20使用中注意事项162.6 温度检测系统设计162.7 硬件电路设计18第三章 多路温度采集系统的软件设计203.1 程序流程图设计203.2 程序设计203.3 单通道显示233.4 串行通信24第四章 系统的抗干扰技术254.1 硬件抗干扰技术254.2 软件抗干扰技术25结论27致谢28参考文献29附录1：DS18B20温度测量程序30引 言近些年计算机领域的变化令人目不暇接，而单片微型计算机（简称单片机），作为微型计算机家族中的一员、发展中的一个分支，以其体积小、单一电源、功能强、价格低廉、低功耗、运算速度快、可靠性高、面向控制等独特优点，越来越深受各个应用领域的关注和重视，应用十分广泛，发展极快。 传统的温度控制系统大多由分离的元件组成，其体积大、可靠性差、准确度低，许多功能也不尽如人意。采用微型计算机作为测控系统的主体和核心，代替传统测控系统的常规电子线路，成为新一代的微机化测控系统。因此，在本系统的设计中，为了提高系统可靠性、准确性、实用性、经济性，选用了相对比较低的芯片。为了提高整个系统的可靠性，本系统选用美国DALLAS 半导体公司近年推出的系列单总线温度传感器芯片DS18B20。该器件内有控制电路，收/发电路和存储电路等。为了对测量过程进行集中实时监视，模拟输出通道将微机处理后的测量数据转换成.用计算机同单片机相连的温度采集系统可以实现远程检测现场温度，这样就可以进行全方位的温度检测，本设计在实际的工业生产中可以提高温度采集的效率，有很大的实际用途。温度检测与控制系统在工业控制中应用广泛，像在半导体、冶金、化工等领域随处可见。作为毕业设计的课题，它具有很强的实用性。第一章 多路温度采集显示系统的设计要求与设计方案1.1 系统设计任务和要求温度采集与控制系统的设计对自动化专业的学生而言是经典的、涵盖知识面广的题目。采用单片机为CPU的系统对某些控制系统的控制可以得到良好的效果。本次设计的论文题目利用单片机来实现多路（4路）温度采集系统。主要要求如下:系统原理简述；测量电路设计；串行接口电路设计；软件设计。围绕着实际应用的要求，重点解决：单片机应用系统中控制程序设计、串行口设计、对可靠性、稳定性的要求等方面的电路设计。 随着超大规模集成电路技术的发展，由于单片机具有体积小、功能强、性价比高等特点，基于单片机而开发的测量控制系统也越来越受到重视，采用单片机做主控单元，无触点控制，可完成对温度的采集和控制的要求。所以基于单片机的温度采集和测量控制被广泛的应用于化工、冶金、电力、电子、轻工、纺织以及其他公共场合的供水、饮水装置中等行业中，使产品小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。 1.2 课题分析 二十世纪七十年代单片机的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑，单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。计算机两大分支的产生大大促进了现代计算机技术的飞速发展。通用计算机系统以发展海量高速数值计算为己任，不必兼顾控制功能，其数据总线宽度不断更新，迅速从8位，16位过渡到32位，64位，不断完善其通用操作系统，突出发展海量高速数值计算能力，并在数据处理，模拟仿真，人工智能，图像处理，多媒体，网络通信中得到了广泛的应用；单片机则以面向对象的实时控制为己任，目前仍以8位机为主流，不断增强控制能力，降低成本，减小体积，改善开发环境，以空前的速度迅速而广泛地取代经典电子系统。传统的温度控制系统大多由分离的元件组成，其体积大、可靠性差、准确度低，许多功能也不尽如人意。采用微型计算机作为测控系统的主体和核心，代替传统测控系统的常规电子线路，成为新一代的微机化测控系统。为了对测量过程进行集中实时监视，模拟输出通道将微机处理后的测量数据转换成。用计算机同单片机相连的温度采集系统可以实现远程检测现场温度，并且一台计算机可以接多个单片机，这样就可以进行全方位的温度检测，本设计在实际的工业生产中可以提高温度采集的效率，有很大的实际用途。应用MCS-51微型计算机与温度仪表来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高生产质量。利用单片机对多个测量电路进行管理和控制，可以实现系统的智能化，并且系统体积小、功耗低、使用电子元件较少，内部的配线少，成本低。单片机作为下位机完成测温任务，测量结果可以在本地显示，也可以通过下位机与上位机的通讯，给出结果和提示信息。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。温度数据的采集在本系统中处于一个比较重要的地位，为了提高整个系统的可靠性，本系统选用美国DALLAS半导体公司近年推出的系列单总线温度传感器芯DS18B201。该器件内有控制电路，收/发电路和存储电路等。器件采用CMOS技术，耗电量很小。传感器的精度在10+85温度范围内，精度为±0.5。在保证温度转换精度为±0.5的情况下，电源电压为+3.0+5.5V，分辨率为912位，转换时间为750ms。1.3 方案比较与方案论证 在选择系统方案中，主要以选择测温电路的方案为主要，测温电路的方案选择可以直接的影响到测得温度值的准确性和要求达到的精度问题，测温电路要求能把环境温度通过传感器把温度信号转换为我们所需要的电压信号或电流信号，把得到相应的电信号送入模数转换器，通过模数转换器的转换，在通过主控器的控制和程序的处理最后得到准确的环境温度值，实现温度的检测，所以在测温电路中我们进行了认真的比较和最后方案的确定。 1.3.1 方案一在多点测温系统中，传统的方法是用温度敏感元件通过电路的调整可以把温度信号转换为一模拟电压信号，在将模拟电压信号远距离传输进行采集并通过A/D转换得到相应的数字信号，通过程序进行处理得到实时的温度值。为了获得较高的测温精度，在测温系统中就必须采取措施解决远距离的温度信号的传输，而保证高强度的抗干扰能力，从而得到准确的精确高的环境温度值。热敏电阻是一种较传统的检测温度信号的敏感元件。测温范围为-40200，能够满足大多数场合测温的要求。而价格的低廉得到广泛的使用，选用具有负温度系数的特性的热敏电阻，热敏电阻的阻值随环境温度的改变而相应的改变，而且是比较性线的变化。在进行远距离的传输中可以把温度信号转换为频率信号进行远距离的传输，从而增加了系统的抗干扰能力，使得测得的温度更加的精确2。在传感器部分可以用到频率发生器，热敏电阻的阻值变换导致频率发生器的输出频率得到相应的性线变化，在通过远距离的传输线输入频率电压变换器进行转化，得到相应的线性的模拟电压信号，通过多路模拟开关可以很方便的控制进行多点的温度测量，然后通过A/D转换和处理可得到较高精度的温度值。见方框图1.1所示。图1.1 温度采集框图现场温度采集点共有4路,采用AD590采集温度送到单片机的A/D转换器转入端,测量范围最大值为50度,单片机定时采集温度信号，并按串行通信协议打包构成数据帧。 由于AT89C52单片机的设计时间有限其精度不是很高，它的测温范围在0100之间，可以直接应用在对温度精度要求不高的各种现场。 单片机多通道温度采集测控系统采用集成温度传感器满足温度测量，并将温度信号转换成电流，转换为电压信号，通过放大电路最终交由模/数转换芯片转换成数字信号经单片机处理并经输出驱动电路显示于共阳极数码管。该测量仪可实现多点（4点）不同区域测量，单通道，循环测量。除此之外，考虑到测控会用于工业生产当中，可靠性要求比较重要，并要具有抗干扰能力和避免、消除干扰的能力，以保证系统平稳工作。 由以上大致分析，整个系统控制将由AT89C52单片机为核心构成。选用ADC0809作为模/数转换芯片，各个检测信号、控制信号、显示信号可由单片机的I/O口进行，并由程序保证系统抗干扰的能力。1.3.2 方案二在测温系统中我们常常用到集成型温度传感器，集成型温度传感器可以达到较高的精度，在集成型温度传感器的使用过程中，由于采用的单总线传输方式进行对远距离的多点温度进行检测，所以在程序的控制上比较复杂3。在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。见方框图1.2所示。闪速存储器Ds18b20 3Ds18b20 2键盘识别电路RS232实时时钟Ds18b20 4Ds18b20 1译码器74LS1645位LED显示AT89C52报警PC机 图1.2 多路温度采集方框图用4只DS18B20同时测控4路温度（视实际需要还可扩展通道数）。AT89C52单片机P3.7口接单线总线。DS18B20采用外接电源供电方式，为保证在有效的DS18B20时钟周期内能提供足够的电流。显示采用5位共阳极LED数码管，它可用来显示通道数、温度测量值以及TH、TL的值。AT89C52有一个全双工的串行通讯口,所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。1.4 方案论证和选定目前大多数传感器系统都采用放大-传输-数模转换这种处理模式。这种模式一般要占用数条数据/控制线，限制了单片机功能的扩展，而一线总线技术则很好地解决了这个问题。一线器件采用单条连线，解决了控制、通信和供电等问题，降低了系统成本，并简化了设计，为未来传感器的发展和应用开辟了新的领域4。对应于传统概念，这一粒三极管一样的传感器相当于传统的温度传感器+数字化+CPU+总线协议及接口。一线总线技术就是在一条总线上仅有一个主系统和若干个从系统组成的计算机应用系统。由于总线上的所有器件都通过一条信号线传输信息，总线上的每个器件在不同的时间段驱动总线，这相当于把数据总线、地址总线和控制总线合在了一起。所以整个系统要按单总线协议规定的时序进行工作。为了使其它设备也能使用这条总线，一线总线协议采用了一个三态门，使得每一个设备在不传送数据时空出该数据线给其它设备。一线总线在外部需要一个上拉电阻器，所以在总线空闲时是高电平。挂在单总线上的器件称为单总线器件，为了区分总线上的不同器件，生产单总线器件时，厂家都刻录了一个64位的二进制ROM代码作为芯片的唯一序列号。这样通过寻址就可以把每个器件识别出来。64位ROM的结构如下：开始8位是产品类型的编号（DS18B20为10H），接着是每个器件的唯一的序号，共有48位，最后8位是前56位的CRC校验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。根据上述的方案比较和实际情况分析和题目所需的要求，采用数字温度传感器可能精确度更高，而且程序控制也比较容易实现。在通过主控器的控制和程序的处理最后得到准确的环境温度值，实现温度的采集。而将模拟电压信号远距离传输进行采集并通过 A/D 转换得到相应的数字信号，通过程序进行处理得到实时的温度值的设计方法就其电路来说比较复杂，也没有新器件的应用，设计传统没有创新。所以在测温电路中我们进行了认真的比较和最后方案的确定：采用方案二的设计。 第二章 多路温度采集系统硬件的设计2.1 总体分析 DS18B20是美国Dallas半导体公司推出的第一片支持"一线总线"接口的温度传感器。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理。由于AT89C52单片机的设计时间有限其精度不是很高，它的测温范围在0100之间，可以直接应用在对温度精度要求不高的各种现场。单片机多通道温度采集测控系统采用数字温度传感器满足温度测量，并将采集的温度信号经单片机处理并经输出驱动电路显示于共阳极数码管。可以设置温度,具有超温报警功能,可设温度的上下限。该测量仪可实现多点（4点）不同区域测量，单通道，循环测量。 除此之外，考虑到测控会用于工业生产当中，可靠性要求比较重要，并要具有抗干扰能力和避免、消除干扰的能力，以保证系统平稳工作。    由以上大致分析，本设计中以美国Dallas半导体公司DS18B20为传感器、AT89C52单片机为控制核心组成的多点温度测试系统如图1.2所示,用4只DS18B20同时测控4路温度（视实际需要还可扩展通道数）。AT89C52单片机P3.7口接单线总线,DS18B20采用外接电源供电方式。键盘扫描和动态扫描的显示用74LS164带动显示采用5位共阳极LED数码管，它可用来显示通道数、温度测量值以及TH、TL的值。2.2 AT89C52单片机的性能及应用  单片机是早期Single Chip Microcomputer的直译，它反映了早期单片机的形态和本质。然后，按照面向对象，突出控制功能，在片内集成了许多外围电路及外设接口，突破了传统意义上的计算机结构，发展成microcontroller的体系结构，目前国外已普遍称之为微控制器MCU（Microcontroller Unit）5。鉴于它完全作嵌入应用，故又称为嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)。2.2.1 单片机的主要特征由于AT89C52单片机的设计时间有限其精度不是很高，它的测温范围在0100之间，可以直接应用在对温度精度要求不高的各种现场6。单片机多通道温度采集测控系统采用数字温度传感器满足温度测量，并将温度采集信号转换成数字信号经单片机处理并经输出驱动电路显示于共阳极数码管。该测量仪可实现多点（4点）不同区域测量，单通道，循环测量。 除此之外，考虑到测控会用于工业生产当中，增加了超温报警功能，可以设置温度的上下限，可靠性要求比较高，软件编程比较难。AT89C52单片机温度测控仪采用ATMEL公司的AT89C52单片机，采用双列直插（DIP），有40个引脚。该单片机采用ATMEL公司的高密度非易失性存储技术制造，与美国INTEL公司生产的MCS-51系列单片机的指令和引脚设置兼容。其主要特征如下：8位CPU内置8K字节可重复编程Flash，可重复擦写1000次完全定态操作：0Hz24Hz，可输出时钟信号256字节的片内数据存储器32根可编程I/O线2个16位定时/计数器中断系统有6个中断源，可编为两个优先级一个全双工可编程串行通道具有两种节能模式：闲置模式和掉电模式    值得注意的是，P0、P1、P2、P3口作为普通I/O口使用时都是准双向口结构，其输入操作和输出操作本质不同，输入操作是读引脚状态，输出是对锁存器的写入操作。当内部总线给口锁存器置0或1时，锁存器中的0、1状态立即反映到引脚上5。但在输入操作时，如果锁存器状态为0引脚被钳位0状态，导致无法读出引脚的高电平输入。因此，准双向口作为输入口时，应先使锁存器置1（称之为置输入方式）。然后，再读引脚，例如：要将P1口的状态读入到累加器A中，应执行以下两条指令： MOV P1，#0FFH ；P1口置入方式MOV A， P1 ；读P1口引脚状态到A    另外，I/O口的端口自动识别功能，保证了无论是P1口（低8位地址）P2口（高8位地址）的总线复用，还是P3口的功能复用，内部资源自动选择不需要用指令进行状态选择。随着计算机技术的发展，单片机的功能越来越强大，寿命长、速度快、低功耗、低噪声、可靠性高的特点及16位、32位单片机的出现，在工业领域仍具有很大的发展潜力。 2.2.2 单片机应用系统的开发过程 图 2.1 单片机应用系统开发设计流程图2.2.3 方案论证(1) 了解用户的需求,确定设计规模和总体框架。 (2) 摸清软硬件技术难度,明确技术主攻问题。(3) 针对主攻问题开展调研工作,查找中外有关资料,确定初步方案。 (4) 单片机应用开发技术是软硬件结合的技术,方案设计要权衡任务的软硬件分工。有时硬件设计会影响到软件程序结构。如果系统中增加某个硬件接口芯片,而给系统程序的模块化带来了可能和方便,那么这个硬件开销是值得的。在无碍大局的情况下,以软件代替硬件正是计算机技术的长处。 (5) 尽量采纳可借鉴的成熟技术, 减少重复性劳动。 2.2.4 硬件系统的设计单片机应用系统的设计可划分为两部分:一部分是与单片机直接接口的数字电路范围的电路芯片的设计。如存储器和并行接口的扩展,定时系统、中断系统扩展,一般的外部设备的接口,甚至于A/D、D/A芯片的接口。另一部分是与模拟电路相关的电路设计,包括信号整形、变换、隔离和选用传感器，输出通道中的隔离和驱动以及执行元件的选用。(1) 从应用系统的总线观念出发，各局部系统和通道接口设计与单片机要做到全局一盘棋6。例如,芯片间的时间是否匹配，电平是否兼容,能否实现总线隔离缓冲等，避免“拼盘”战术。 (2) 尽可能选用符合单片机用法的典型电路。 (3) 尽可能采用新技术,选用新的元件及芯片。 (4) 抗干扰设计是硬件设计的重要内容, 如看门狗电路、去耦滤波、通道隔离、合理的印制板布线等。 (5) 当系统扩展的各类接口芯片较多时,要充分考虑到总线驱动能力。当负载超过允许范围时,为了保证系统可靠工作,必须加总线驱动器。 2.3 DS18B20芯片简介DS18B20是美国Dallas半导体公司推出的第一片支持"一线总线"接口的温度传感器。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理7。DS18B20 特点如下：硬件接口简单，性能稳定，单线接口，仅需一根口线与MCU连接无需外围元件；由总线提供电源；测温范围为-5575；精度为0.5；9位温度读数；A/D变换时间为200ms；用户自设定温度报警上下限，其值是非易失性的；报警搜索命令可识别那片DS18B20超温度限。2.3.1 DS18B20的引脚介绍TO92封装的DS18B20的引脚排列见图2.2，其引脚功能描述见表2.1。 图2.2 DS18B20的管脚排列表2.1 DS18B20详细引脚功能描述序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。2.3.2 DS18B20产品的特点（1） 只要求一个端口即可实现通信。（2） 在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。（3） 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。（4） 测量温度范围在55到125之间。（5） 数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。（6） 内部有温度上、下限告警设置。 （7） 支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。（8） 负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2.3.3 DS18B20的工作原理 DS18B20的工作原理是：DS18B20采用3脚PR-35封装，其中 GND为地；I/O为数据输入/输出端（即单线总线），该脚为漏极开路输出，常态下呈高电平；VDD是外部+5V电源端，不用时应接地；DQ为空脚8。图2.3所示为DS18B20的内部框图，它主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器（内含RAM），用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码（CRC）发生器等七部分。电源检测存储器控制逻辑温度传感器高温度触发低温度触发64位ROM和单线借口存储器8位CRC触发器 图2.3 DS18B20内部结构图 2.3.4 DS18B20的使用方法DS18B20的一线工作协议流程是：初始化ROM操作指令存储器操作指令数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，如图2.4，2.5，2.6所示8。由于DS18B20采用的是1Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89C52单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。DS18B20的复位时序图2.4 DS18B20的复位时序DS18B20的读时序对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15s之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60s才能完成。 图2.5 DS18B20的读时序 DS18B20的写时序对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。 图2.6 DS18B20的写时序对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60s，保证DS18B20能够在15s到45s之间能够正确地采样I/O总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15s之内就得释放单总线。2.3.5 DS18B20的测温原理LSB设置清除斜率累加器比较预置低温度系数振荡器高温度系数振荡器计数器计数器=0=0温度寄存器预置停止加1图2.7 DS18B20测温原理框图 DS18B20的温度测量原理如下：DS18B20测量温度时使用特有的温度测量技术，其测量电路框图如图2.7所示。内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数，低温时振荡器的脉冲可以通过门电路，而当到达某一设置高温时，振荡器的脉冲无法通过门电路。计数器设置为-55时的值，如果计数器到达0之前，门电路未关闭，则温度寄存器的值将增加，这表示当前温度高于-55。同时，计数器复位在当前温度值上，电路对振荡器的温度系数进行补偿，计数器重新开始计数直到回零。如果门电路仍然未关闭，则重复以过程。温度表示值为9bit，高位为符号位。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。2.4 DS18B20与单片机的典型接口设计图4以MCS51系列单片机为例，画出了DS18B20与微处理器的典型连接。图2.8（a）中DS18B20采用外接电源方式，其VDD端用3V5.5V电源供电，图2.8（b）中DS18B20采用寄生电源方式，其VDD和GND端均接地。以MCS-51单片机为例，图（b）中采用寄生电源供电方式，P1.1口接单线总线为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管和AT89C52的P1.0来完成对总线的上拉9。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须有上拉，上拉开启时间最大为10s。采用寄生电源供电方式是VDD和GND端均接地。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三态的。主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤：初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。假设单片机系统所用的晶振频率为12 MHz，根据DS18B20的初始化时序、写时序和读时序，分别编写3个子程序：INIT为初始化子程序，WRITE为写（命令或数据）子程序，READ为读数据子程序，所有的数据读写均由最低位开始，实际在实验中不用这种方式，只要在数据线上加一个上拉电阻4.7k,另外2个脚分别接电源和地。GNDI/O4.7K-3v+5.5vVDD接其它的一线装置 p p1.0 DS18B20外接电源4.7K p p1.0 DS18B20-3v+5.5vGNDI/OVDD 图2.8（a）外接电源工作方式 2.8（b）寄生电源工作方式根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，当DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。 如上面图2.8(b)所示，在寄生电源供电方式下，DS18B20从单线信号线上汲取能量：在信号线DQ处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。独特的寄生电源方式有三个好处：（1）进行远距离测温时，无需本地电源；（2）可以在没有常规电源的条件下读取ROM；（3）电路更加简洁，仅用一根I/O口实现测温。要想使DS18B20进行精确的温度转换，I/O线必须保证在温度转换期间提供足够的能量。当几个温度传感器挂在同一根I/O线上进行多点测温时，只靠4.7K上拉电阻就无法提供足够的能量，会造成无法转换温度或温度误差极大。2.5 DS18B20使用中注意事项 DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题： (1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS18B20操作部分最好采用汇编语言实现。 (2)在DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS18B20，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS18B20超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统